WO2023161579A1 - Procédé de fabrication d'un circuit imprimé et circuit imprimé obtenu par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'un circuit imprimé et circuit imprimé obtenu par ce procédé Download PDF

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WO2023161579A1
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printed circuit
magnetic core
double
sided printed
sided
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PCT/FR2023/050236
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Patrice CHETANNEAU
François Guillot
Nathalie VI
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Safran Electronics & Defense
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    • H05K2201/095—Conductive through-holes or vias
    • H05K2201/09609—Via grid, i.e. two-dimensional array of vias or holes in a single plane

Definitions

  • the technical field of the invention is that of printed circuits.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a printed circuit, from a single or double-sided printed circuit comprising a magnetic core and allowing a particularly high density of metallized holes passing through the magnetic core.
  • the invention also relates to a printed circuit obtained by this method.
  • transformers are used to measure electric currents, for example, by magnetic flux valve sensor. Transformers are also used for low power conversion circuits with high frequency switching.
  • Figure 1 schematically represents a transformer 10 according to the prior art comprising a magnetic core 11 in the form of a torus as well as a primary winding 12 consisting of turns 13 wound around said magnetic core 11 and a secondary winding 14.
  • the number of turns of the primary winding must be maximized.
  • the number of turns of the primary winding is limited for a small magnetic core because the space to accommodate the turns in the middle of the magnetic core is very restricted.
  • the holes not having to be drilled in the torus, it is necessary a minimal distance between the internal periphery of the torus and the holes,
  • the cavity if it is found in contact with the magnetic core, generates radial stresses on the magnetic core, which are likely to damage said magnetic core during subsequent printed circuit manufacturing operations such as, for example, the printed circuit pressing operation.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by proposing a method for manufacturing a printed circuit comprising a magnetic core, simple, reproducible, and economical. This method also makes it possible to maximize the number of turns passing through the middle of the magnetic core.
  • a first aspect of the invention relates to a method of manufacturing a printed circuit comprising: a first step of positioning a magnetic core on a first double-sided printed circuit; a second step of depositing a resin layer on the first double-sided printed circuit, this resin layer surrounding and covering the magnetic core; a third step of positioning a second single or double-sided printed circuit on the resin layer; a fourth step of pressing an assembly comprising the magnetic core, the resin layer and the first double-sided printed circuit and the second single- or double-sided printed circuit; and a fifth step of producing a plurality of vias passing through the assembly.
  • the invention makes it possible to make the process for manufacturing a printed circuit comprising a magnetic core reproducible, thus avoiding stages of calibration and compensation of the printed circuit.
  • the invention also makes it possible to precisely position the magnetic core in the printed circuit and thus to maximize the number of vias crossing the magnetic core.
  • double-sided printed circuit means a printed circuit comprising a layer of substrate, each of the faces of which is covered with a conductive layer, for example copper.
  • single-sided printed circuit means a printed circuit comprising a layer of substrate of which only one face is covered with a conductive layer.
  • Via means a conductive column comprising a conductive material, such as copper, passing through the printed circuit.
  • the manufacturing method according to one aspect of the invention may have one or more additional characteristics from among those mentioned in the following paragraphs, considered individually or in all combinations. technically possible.
  • the fifth step comprises an operation of drilling a plurality of holes passing through the assembly and an operation of metallizing each of said holes so that each metallized hole forms a via, a location of the holes to be drilled is carried out beforehand by means of a staff.
  • the target is composed of patterns located on the first and second faces of the first double-sided printed circuit.
  • each of the vias is placed precisely with respect to the magnetic core, which makes it possible to maximize the number of vias present in the primary circuit.
  • the target comprises an optical positioning marker, the positioning of the magnetic core being achieved by indexing by means of the target. The positioning is advantageously automated.
  • the resin layer deposited on the first double-sided printed circuit has a thickness greater than a height of the magnetic core.
  • the magnetic core is completely covered by the resin layer.
  • the magnetic core has the shape of a crown and the resin layer is deposited around and in the middle of the magnetic core.
  • crown is meant a closed shape, hollowed out at its center, of any section, example of square, oval, or circular section.
  • the magnetic core is fixed to the first double-sided printed circuit.
  • the magnetic core is precisely positioned on the first double-sided printed circuit so that the vias will be precisely positioned with respect to the magnetic core.
  • the plurality of vias comprises primary vias and secondary vias, the primary vias being located on the periphery and in the middle of the magnetic core.
  • the method comprises, after the fifth step, a sixth step of depositing a layer of a dielectric material on the first double-sided printed circuit and the second single- or double-sided printed circuit covering the conductive parts of said first double-sided printed circuit and second single or double-sided printed circuit.
  • the resin layer comprises glass fabric and a dielectric resin.
  • a second aspect of the invention relates to a circuit comprising a magnetic core, a first double-sided printed circuit and a second single- or double-sided printed circuit, the printed circuit being obtained by the manufacturing method defined above.
  • This printed circuit integrating the magnetic core has the advantage of comprising vias positioned precisely with respect to the magnetic core
  • the magnetic core has a crown shape and is surrounded by a plurality of vias, said magnetic core comprising a central orifice filled with vias.
  • Figure 1 already described, is a schematic view of a transformer according to the prior art.
  • Figure 2 is a perspective view of a printed circuit comprising a magnetic core and manufactured according to the method of the invention.
  • Figure 3 is a schematic view, in section, of a printed circuit during manufacture by the manufacturing method according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic view, in section, of a printed circuit at the end of the manufacturing process according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic view, in section, of a multilayer printed circuit as obtained at the end of the manufacturing process according to one embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a block diagram of the manufacturing process of a printed circuit according to one embodiment of the invention.
  • the invention relates to a printed circuit 20, an example of which is shown in Figure 2.
  • This printed circuit 20, for example of parallelepipedal shape or of rectangular shape, comprises a first double-sided printed circuit 31 and a second single- or double-sided printed circuit 32.
  • the single- and / or double-sided printed circuits 31, 32 are, for example, formed of a fiberglass reinforced epoxy resin composite, of a thickness, for example, from 0.1 to 4 millimeters.
  • the single-sided and/or double-sided printed circuits 31, 32 meet the FR4 standard which is originally a NEMA (National Electrical Manufacturers Association) standard and which usually, in the printed circuit world, preferentially meets the specification IPC-4101.
  • NEMA National Electrical Manufacturers Association
  • the printed circuit 20 also includes a magnetic core 21 in the shape of a crown with a square, round, oval, etc. section.
  • the magnetic core is round in shape; the magnetic core is therefore a core of axis A.
  • the printed circuit 20 also comprises a primary circuit 201 comprising a plurality of primary vias 51 .
  • the magnetic core 21 is of very small dimensions: for example the outer diameter of the torus-shaped magnetic core has an outer diameter of less than 5 millimeters and an inner diameter of less than 2.2 millimeters.
  • the primary vias 51 pass right through the printed circuit 20 and are located in the middle of the magnetic core 21 or at the periphery of said magnetic core 21.
  • the plurality of primary vias 51 is connected to electrically conductive primary tracks 53, for example by copper, providing an electrical connection between said primary tracks 53 so as to form a winding around the magnetic core 21 and thus form the primary circuit 201.
  • the primary tracks 53 are also called “control signal tracks”.
  • the printed circuit 20 also comprises a secondary circuit 202 comprising a plurality of secondary vias 52.
  • the plurality of secondary vias 52 is connected by two electrically conductive plates 54, parallel and located on either side of the printed circuit 20.
  • the conductive plates 54 are also called “power signal tracks” and are, for example, made of copper.
  • the plurality of secondary vias 52 associated with the conductive plates 54 form a resistance placed in derivation, or "shunt" in English, allowing the derivation of the largest part of a current to be measured.
  • a secondary via 52a crosses the middle of the magnetic core 21 and is wired in parallel to the plurality of secondary vias 52b so as to form a current divider bridge to pass a minimum current through the secondary via 52a crossing the magnetic core 21 and maximum current in the rest of the plurality of secondary vias 52b, this current divider bridge being simple, precise and easily reproducible industrially.
  • a printed circuit 20 whose purpose is to measure a current of 1 ampere and which comprises a secondary via 52a passing through the magnetic core and nine secondary vias 52b around the magnetic core 21, only the current passing through the secondary via 52a in the middle of the magnetic core 21 is physically taken into account so that the current flowing through the secondary via 52a passing through the magnetic core 21 is 0.1 ampere.
  • a resin layer 41 is between the first and second single-sided and/or double-sided circuits 31, 32.
  • the resin layer 41 comprises, for example, a structuring fabric and a dielectric resin.
  • the structuring fabric is for example glass fabric.
  • the resin layer 41 is commonly designated by a “dielectric”, a “pre-impregnated” or even a “pre-impregnated fabric”.
  • This layer of resin 41 is of the same shape as the single and/or double-sided printed circuits.
  • the resin layer 41 forms a dielectric or insulating layer surrounding the magnetic core 21 as well as each of the vias 51, 52.
  • the invention also relates to a method of manufacturing the printed circuit 20 of Figure 2. The steps of the method are illustrated in Figure 6.
  • the method of manufacturing the printed circuit 20 comprises: a first step 101 of positioning the magnetic core 21 on the first face 311 of the first double-sided printed circuit 31. More particularly, the magnetic core 21 is bonded to the first circuit double-sided print 31 via a fixing glue 71 . a second step 102 of depositing a layer of resin 41 on the first face 311 of the first double-face printed circuit 31 . The resin layer 41 is deposited above the first double-sided printed circuit 31, around and in the middle of the magnetic core 21 so as to surround and cover the magnetic core 21. a third step 103 of positioning the second single- or double-sided printed circuit 32 on the resin layer 41.
  • the second single- or double-sided printed circuit 32 is deposited above the resin layer 41 so that said resin layer 41 is sandwiched between the two double-sided 31 and single or double-sided 32 printed circuits.
  • a fourth step 104 of pressing the assembly comprising the magnetic core 21, the resin layer 41 and the first and second printed circuits 31, 32.
  • This fourth pressing step 104 consists in applying a force to at least one of the two double-sided 31 and single or double-sided 32 printed circuits in a direction parallel to the axis A, in a vacuum environment and at high temperature.
  • the resin layer 41 polymerizes during this fourth step 104, a fifth step 105 of producing the plurality of vias 51, 52 passing through the assembly.
  • Figure 3 shows the printed circuit 20 during manufacture, at the end of the third step 103 of the manufacturing process, that is to say before the fourth step 104 of pressing the assembly.
  • the printed circuit 20 includes the first double-sided printed circuit 31.
  • This first printed circuit 31 includes a localization pattern 61 constituting an optical positioning mark.
  • the target 61 can be formed by patterns 611, 612, for example in copper.
  • the term "pattern” means at least one optical marker serving as a position reference for the assembly.
  • the first pattern 611 is positioned on the first face 311 of the first double-sided printed circuit 31 and the second pattern 612 is positioned on the second face 312 of the first double-sided printed circuit 31.
  • first and second patterns 611, 612 are mutually parallel and are, for example, circles of copper having the same axis.
  • the patterns 611, 612 are identified by an imaging operation.
  • a photolithography operation makes it possible to produce the first pattern 61 1 and the second pattern 612 in the same position according to a two-dimensional reference XY as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the pattern 61 serves as a positioning reference for the other elements of the printed circuit 20.
  • the first and second faces 311, 312 of the first double-sided printed circuit 31 are planar and parallel to each other.
  • the patterns 611, 612 of the first double-sided printed circuit 31 have excellent coaxiality along an axis parallel to the axes of the vias (because produced simultaneously by a photolithographic process); this therefore makes it possible to have an excellent referencing of the drilling of the vias which, although drilled blind with respect to the location of the magnetic core 21, can be very precisely located with respect to the magnetic core 21, due to the excellent coaxility of the patterns of the first double-sided printed circuit.
  • the first positioning of the magnetic core 21 can be achieved by indexing by means of the target 61, more particularly using the first pattern 611, allowing precise positioning of the magnetic core 21.
  • the latter is glued on the fixing glue 71.
  • a layer of fixing glue 71 is deposited on the first face 311 of the first double-sided printed circuit 31 before the positioning of the magnetic core 21; it allows the magnetic core 21 to be fixed on the first face 311 of the first double-sided printed circuit 31 and thus not to change position during the following stages of the manufacturing process.
  • the laying of the fixing glue 71 as well as the positioning of the magnetic core 21 can be carried out by a machine for laying, or placing machine, electronic components, for example a SIPLACE SX machine known in the field of printed circuits.
  • the resin layer 41 is deposited on the entire first face 311 of the first double-sided printed circuit 31, around, inside and above the magnetic core 21.
  • the layer of resin 41 is for example in the solid state and composed of several stacked sheets.
  • the resin layer 41 has a thickness greater than the height of the magnetic core 21.
  • the resin layer 41 comprises a peripheral layer 411 positioned at the periphery of the magnetic core 21 and an optional central layer 412 positioned in the middle of the magnetic core 21 .
  • the peripheral layer 411 is not in contact with the magnetic core 21 in such a way that there is a radial peripheral clearance 411 a between the magnetic core 21 and the peripheral layer 411 .
  • the optional central layer 412 is not in contact with the magnetic core 21 in such a way that there is a radial central clearance 412a between the magnetic core 21 and the optional central layer 412.
  • the clearances 411a, 412a allow , during the fourth step 104 of pressing the assembly, that the forces applied to the magnetic core 21 are overwhelmingly along the axis A of the magnetic core 21. Thus, there are few forces perpendicular to the axis A likely to crack the magnetic core 21 .
  • the magnetic core 21 is made of ferrite which is a relatively brittle material and which has difficulty withstanding stresses in a radial direction.
  • the invention makes it possible to limit the risks of magnetic core crack; it also makes it possible to limit the risks of microcracks on the magnetic core 21, such microcracks possibly causing a change in the magnetic characteristics of the magnetic core 21 in such a way that the magnetic core 21 is no longer usable.
  • the resin layer 41 notably comprises an upper layer 413 positioned above the magnetic core 21 and above the peripheral layer 411 and the optional central layer 412.
  • the second printed circuit single or double face 32 is positioned on the upper layer 413 of the resin layer 41 .
  • the fourth step 104 of pressing the assembly is carried out in a vacuum and high temperature environment allowing the resin layer 41 to polymerize. During this fourth step 104, the resin layer 41 flows and becomes sufficiently liquid to encapsulate the magnetic core 21 and not leave any air bubbles in the printed circuit 20, between the two single and/or double-sided printed circuits. 31, 32. At the end of the fourth step 104, that is to say after pressing, the assembly is in one piece and the magnetic core 21 is fixed between the single and/or double-sided printed circuits 31, 32 by through the resin layer 41 . The position of the magnetic core 21 is perfectly known thanks to the positioning target 61. At the end of the fourth step 104, the resin layer 41 is laminated.
  • FIG. 4 shows the assembly at the end of the fifth step 105 of making the plurality of vias 51, 52.
  • the fifth step 105 includes an operation for drilling holes passing through the assembly right through, c that is to say passing through the resin layer 41 and the two single-sided and / or double-sided printed circuits 31, 32.
  • the holes are drilled parallel to the axis A of the magnetic core 21.
  • a first part of the holes intended to forming part of the primary vias 51 and a secondary via 52 are located in the middle of the magnetic core 21 and a second part of the holes are located on the periphery of the magnetic core 21 .
  • the location of the holes to be drilled is carried out beforehand by means of the staff 61, more particularly by means of the second pattern 612 of the staff 61.
  • the magnetic core 21 being of very small dimensions and the material constituting it being usually fragile, it is difficult to drill holes passing through the middle of the torus without getting too close to the magnetic core 21, without altering it or cracking it because the space at the middle of the torus is very restricted.
  • the hole-drilling operation using the target 61 ensures a location of the holes with respect to the location of the magnetic core 21 (precisely known), which makes it possible to increase and maximize the number of holes passing through the middle of the magnetic core. 21, by reducing the minimum distance between the holes and the internal wall of the magnetic core 21, due to the low relative positioning tolerance between the holes and the magnetic core 21, precisely positioned between them thanks to the pattern 61.
  • the holes must not not pass through the magnetic core 21 .
  • the holes are also positioned so as to be connected to the primary tracks 53 and to the conductive plates 54.
  • the holes are made by a numerically controlled drill.
  • the holes are then metallized, for example with copper, in order to obtain the plurality of vias 51, 52.
  • metallizing is meant that the periphery of the holes is covered by a thin thickness of metal, thus constituting hollow conductive cylinders , in order to obtain vias 51, 52 electrically conductive.
  • the method of manufacturing the printed circuit 20 also includes a sixth step 106 of depositing two layers of insulating dielectric closure 81, 82 at the level of the conductive parts of the single- and / or double-sided printed circuits. 31, 32.
  • the insulating dielectric closure layers 81, 82 make it possible to separate the primary circuit 201 and the secondary circuit 202.
  • a first insulating closure layer 81 is, for example, positioned in the middle of the second face 312 of the first double-sided circuit board 31 .
  • a second insulating closure layer 82 is positioned, for example, in the middle of a face 321 of the second single- or double-sided printed circuit 32.
  • the method for manufacturing the printed circuit 20 also comprises a seventh step 107 of depositing insulating dielectric closure layers 83, 84 on the conductive parts of the single and/or double-sided printed circuits 31, 32. of insulating dielectric closure layers 83, 84 allows the realization of a circuit printed circuit 20 comprising a greater number of conductor layers so as to obtain a multilayer printed circuit.
  • the method of manufacturing the double-sided printed circuit according to the invention comprises various variants, modifications and improvements which will become evident upon skilled in the art, it being understood that these variants, modifications and improvements fall within the scope of the invention.

Landscapes

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un circuit imprimé (20) comprenant : une première étape (101) de positionnement d'un noyau magnétique (21) sur un premier circuit imprimé à double face (31); une deuxième étape (102) de dépôt d'une couche de résine sur le premier circuit imprimé à double face (31), cette couche de résine (41) entourant et recouvrant le noyau magnétique (21); une troisième étape (103) de positionnement d'un deuxième circuit imprimé à simple face ou double face (32) sur la couche de résine (41); une quatrième étape (104) de pressage d'un assemblage comportant le noyau magnétique (21) et la couche de résine (41) et le premier circuit imprimé à double face et le deuxième circuit imprimé à simple face ou double face; une cinquième étape (105) de réalisation d'une pluralité de vias (51, 52) traversant l'assemblage.

Description

DESCRIPTION
Procédé de fabrication d’un circuit imprimé et circuit imprimé obtenu par ce procédé
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] Le domaine technique de l’invention est celui des circuits imprimés.
[0002] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un circuit imprimé, à partir d’un circuit imprimé simple ou double face comprenant un noyau magnétique et permettant une densité particulièrement élevée de trous métallisés traversant le noyau magnétique. L’invention concerne aussi un circuit imprimé obtenu par ce procédé.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] Dans de nombreux domaines électriques et électroniques, on utilise des transformateurs pour mesurer des courants électriques, par exemple, par capteur à vanne de flux magnétique. Les transformateurs sont aussi utilisés pour des circuits de conversion de petite puissance à découpage haute fréquence.
[0004] La figure 1 représente schématiquement un transformateur 10 selon l’art antérieur comprenant un noyau magnétique 11 en forme de tore ainsi qu’un enroulement primaire 12 constitué de spires 13 enroulées autour dudit noyau magnétique 11 et d’un enroulement secondaire 14.
[0005] Dans les procédés de fabrication conventionnels d’un transformateur, un fil de cuivre émaillé est enroulé manuellement sur un noyau magnétique. Ce type de procédé ne permet pas une bonne reproductibilité des caractéristiques techniques du transformateur, ce qui nécessite des opérations supplémentaires de calibration et de compensation des dérives dans le temps du transformateur. L’opération de bobinage manuel du fil de cuivre émaillé et les opérations supplémentaires de calibration et de compensation rendent ce procédé coûteux. Par ailleurs, ce procédé est relativement peu répétable, c’est-à-dire qu’il est difficile de produire de nombreuses pièces présentant une faible dispersion de performances.
[0006] Pour des raisons électriques, le nombre de spires de l’enroulement primaire doit être maximisé. Cependant, le nombre de spires de l’enroulement primaire est limité pour un noyau magnétique de faible dimension car l’espace pour accueillir les spires au milieu du noyau magnétique est très restreint.
[0007] Actuellement, pour des raisons de miniaturisation, de coût et de répétabilité, les circuits électroniques sont souvent fabriqués sous la forme de circuits imprimés. De manière classique, les circuits imprimés peuvent supporter un composant électronique transformateur qui est alors brasé sur ce circuit imprimé. Une des étapes de fabrication d’un tel circuit imprimé intégrant un transformateur consiste à insérer le noyau magnétique dans une cavité dédiée du circuit imprimé de manière à y positionner le noyau magnétique. Malheureusement, ce positionnement est peu précis ; en effet la tolérance dimensionnelle entre la cavité et le noyau magnétique est de plusieurs dixièmes de millimètres et cette tolérance dimensionnelle entre la cavité et le noyau magnétique n’est pas suffisamment précise pour maximiser le nombre de spires (réalisés par des trous traversants métallisés) dans la surface intérieure du tore. En effet, les trous ne devant pas être percés dans le tore, il faut une distance minimale entre la périphérie interne du tore et les trous, De plus, la cavité, si elle se retrouve en contact avec le noyau magnétique, génère des contraintes radiales sur le noyau magnétique, qui sont susceptibles d’endommager ledit noyau magnétique lors des opérations ultérieures de fabrication du circuit imprimé comme, par exemple, l’opération de pressage du circuit imprimé.
[0008] RESUME DE L’INVENTION
[0009] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un procédé de fabrication d’un circuit imprimé comportant un noyau magnétique, simple, reproductible, et économique. Ce procédé permet aussi de maximiser le nombre de spires passant au milieu du noyau magnétique.
[0010] Un premier aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un circuit imprimé comprenant : une première étape de positionnement d'un noyau magnétique sur un premier circuit imprimé à double face ; une deuxième étape de dépôt d'une couche de résine sur le premier circuit imprimé à double face, cette couche de résine entourant et recouvrant le noyau magnétique ; une troisième étape de positionnement d'un deuxième circuit imprimé à simple ou double face, sur la couche de résine ; une quatrième étape de pressage d'un assemblage comportant le noyau magnétique, la couche de résine et le premier circuit imprimé à double face et le deuxième circuit imprimé à simple ou double face ; et une cinquième étape de réalisation d'une pluralité de vias traversant l'assemblage.
[0011] Ainsi, l’invention permet de rendre reproductible le procédé de fabrication d’un circuit imprimé comprenant un noyau magnétique, évitant ainsi des étapes de calibration et de compensation du circuit imprimé. L’invention permet aussi de positionner avec précision le noyau magnétique dans le circuit imprimé et ainsi de maximiser le nombre de vias traversant le noyau magnétique.
[0012] On entend par « circuit imprimé à double face », un circuit imprimé comportant une couche de substrat dont chacune des faces est recouverte d’une couche conductrice, par exemple en cuivre. On entend par « circuit imprimé à simple face », un circuit imprimé comportant une couche de substrat dont une seule face est recouverte d’une couche conductrice.
[0013] Par via, on entend une colonne conductrice comprenant un matériau conducteur, comme par exemple du cuivre, traversant le circuit imprimé.
[0014] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de fabrication selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi celles mentionnées dans les paragraphes suivants, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
[0015] Selon un mode de réalisation, la cinquième étape comprend une opération de perçage d’une pluralité de trous traversant l’assemblage et une opération de métallisation de chacun desdits trous de sorte que, chaque trou métallisé forme un via, une localisation des trous à percer est préalablement réalisée au moyen d’une mire. La mire est composée de motifs situés sur les premières et deuxièmes faces du premier circuit imprimé à double face. Ainsi, chacun des vias est placé de façon précise par rapport au noyau magnétique, ce qui permet de maximiser le nombre de vias présent dans le circuit primaire. [0016] Selon un mode de réalisation, la mire comprend un repère de positionnement optique, le positionnement du noyau magnétique étant réalisé par indexation au moyen de la mire. Le positionnement est avantageusement automatisé.
[0017] Selon un mode de réalisation, la couche de résine déposée sur le premier circuit imprimé à double face comporte une épaisseur supérieure à une hauteur du noyau magnétique. Ainsi, le noyau magnétique est entièrement recouvert par la couche de résine.
[0018] Selon un mode de réalisation, le noyau magnétique a une forme de couronne et la couche de résine est déposée autour et au milieu du noyau magnétique On entend par couronne, une forme fermée, évidée en son centre, de toute section, par exemple de section carrée, ovale, ou circulaire.
[0019] Selon un mode de réalisation, lors de la première étape de positionnement du noyau magnétique, le noyau magnétique est fixé au premier circuit imprimé à double face. Ainsi, le noyau magnétique est précisément positionné sur le premier circuit imprimé à double face de sorte que les vias seront positionnés de façon précise par rapport au noyau magnétique.
[0020] Selon un mode de réalisation, la pluralité de vias comprend des vias primaires et des vias secondaires, les vias primaires étant localisés en périphérie et au milieu du noyau magnétique.
[0021] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, après la cinquième étape, une sixième étape de dépôt d’une couche d’un matériau diélectrique sur le premier circuit imprimé à double face et le deuxième circuits imprimé à simple ou double face recouvrant les parties conductrices desdits premier circuit imprimé à double face et deuxième circuit imprimé à simple ou double face. Ceci permet de pouvoir intégrer cet assemblage dans un circuit imprimé comportant plus de couches de matériaux conducteur.
[0022] Selon un mode de réalisation, la couche de résine comporte du tissu de verre et une résine diélectrique.
[0023] Un deuxième aspect de l’invention concerne un circuit comportant un noyau magnétique, un premier circuit imprimé à double face et un deuxième circuit imprimé à simple ou double face, le circuit imprimé étant obtenu par le procédé de fabrication défini ci-dessus. Ce circuit imprimé intégrant le noyau magnétique présente l’avantage de comporter des vias positionnés précisément par rapport au noyau magnétique
[0024] Selon un mode de réalisation, le noyau magnétique a une forme de couronne et est entouré d’une pluralité de vias, ledit noyau magnétique comportant un orifice central rempli de vias.
[0025] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0026] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0027] La figure 1 , déjà décrite, est une vue schématique d’un transformateur selon l’art antérieur.
[0028] La figure 2 est une vue en perspective d’un circuit imprimé comprenant un noyau magnétique et fabriqué selon le procédé de l’invention.
[0029] La figure 3 est une vue schématique, en coupe, d’un circuit imprimé en cours de fabrication par le procédé de fabrication selon l’invention.
[0030] La figure 4 est une vue schématique, en coupe, d’un circuit imprimé à la fin du procédé de fabrication selon l’invention.
[0031] La figure 5 est une vue schématique, en coupe, d’un circuit imprimé multicouches tel qu’obtenu à la fin du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention.
[0032] La figure 6 est un schéma fonctionnel du procédé de fabrication d’un circuit imprimé selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0033] Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.
[0034] L’invention concerne un circuit imprimé 20, dont un exemple est représenté sur la figure 2. Ce circuit imprimé 20, par exemple de forme parallélépipédique ou de forme rectangulaire, comprend un premier circuit imprimé à double face 31 et un deuxième circuit imprimé à simple ou double face 32. Les circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32 sont, par exemple, formés d’un composite de résine époxy renforcé en fibres de verre, d’une épaisseur, par exemple, de 0.1 à 4 millimètres. De préférence, les circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32 répondent à la norme FR4 qui est originellement une norme de la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) et qui usuellement, dans le monde du circuit imprimé, respecte préférentiellement la spécification IPC-4101.
[0035] Le circuit imprimé 20 comprend également un noyau magnétique 21 en forme de couronne à section carrée, ronde, ovale, etc. Dans l’exemple de réalisation, le noyau magnétique est de forme ronde ; le noyau magnétique est donc un tore d’axe A. Le circuit imprimé 20 comprend aussi un circuit primaire 201 comportant une pluralité de vias primaires 51 . Le noyau magnétique 21 est de très petites dimensions : par exemple le diamètre extérieur du noyau magnétique en forme de tore a un diamètre extérieur inférieur à 5 millimètres et un diamètre intérieur inférieur à 2,2 millimètres. Les vias primaires 51 traversent de part en part le circuit imprimé 20 et sont localisés au milieu du noyau magnétique 21 ou à la périphérie dudit noyau magnétique 21. La pluralité de vias primaires 51 est reliée à des pistes primaires 53 électriquement conductrices, par exemple en cuivre, assurant une connexion électrique entre lesdites pistes primaires 53 de sorte à former un enroulement autour du noyau magnétique 21 et, ainsi, former le circuit primaire 201. Les pistes primaires 53 sont aussi appelées « pistes de signaux de commande ».
[0036] Le circuit imprimé 20 comporte également un circuit secondaire 202 comportant une pluralité de vias secondaires 52. La pluralité de vias secondaires 52 est reliée par deux plaques électriquement conductrices 54, parallèles et situées de part et d’autre du circuit imprimé 20. Les plaques conductrices 54 sont aussi appelées « pistes de signaux de puissance » et sont, par exemple, en cuivre. La pluralité de vias secondaires 52 associée aux plaques conductrices 54 forme une résistance placée en dérivation, ou « shunt » en anglais, permettant de dériver la plus grosse partie d’un courant à mesurer. Un via secondaire 52a traverse le milieu du noyau magnétique 21 et est câblé en parallèle à la pluralité de vias secondaires 52b de manière à former un pont diviseur de courant pour faire passer un minimum de courant par le via secondaire 52a traversant le noyau magnétique 21 et un maximum de courant dans le reste de la pluralité de vias secondaire 52b, ce pont diviseur de courant étant simple, précis et facilement reproductible industriellement. Par exemple, pour un circuit imprimé 20 dont le but est de mesurer un courant de 1 ampère et qui comporte un via secondaire 52a traversant le noyau magnétique et neuf vias secondaires 52b autour du noyau magnétique 21 , seul le courant passant par le via secondaire 52a au milieu du noyau magnétique 21 est pris en compte physiquement de sorte que le courant passant par le via secondaire 52a traversant le noyau magnétique 21 est de 0,1 ampère.
[0037] Une couche de résine 41 est comprise entre les premier et deuxième circuits à simple et/ou double face 31 , 32. La couche de résine 41 comprend, par exemple, un tissu structurant et une résine diélectrique. Le tissu structurant est par exemple du tissu de verre. On désigne communément, dans le domaine technique, la couche de résine 41 par un « diélectrique », un « pré-imprégné >> ou encore un « tissu pré-imprégné ». Cette couche de résine 41 est de même forme que les circuits imprimés à simple et/ou double face. La couche de résine 41 forme une couche diélectrique, ou isolante, entourant le noyau magnétique 21 ainsi que chacun des vias 51 , 52.
[0038] L’invention concerne également un procédé de fabrication du circuit imprimé 20 de la figure 2. Les étapes du procédé sont illustrées sur la figure 6.
[0039] Le procédé de fabrication du circuit imprimé 20 comprend : une première étape 101 de positionnement du noyau magnétique 21 sur la première face 311 du premier circuit imprimé à double face 31. Plus particulièrement, le noyau magnétique 21 est collé sur le premier circuit imprimé à double face 31 par l’intermédiaire d’une colle de fixation 71 . une deuxième étape 102 de dépôt d’une couche de résine 41 sur la première face 311 du premier circuit imprimé à double face 31 . La couche de résine 41 est déposée au-dessus du premier circuit imprimé à double face 31 , autour et au milieu du noyau magnétique 21 de sorte à entourer et recouvrir le noyau magnétique 21 . une troisième étape 103 de positionnement du deuxième circuit imprimé à simple ou double face 32 sur la couche de résine 41. Plus précisément, le deuxième circuit imprimé à simple ou double face 32, dont les dimensions et la forme sont identiques à celles du premier circuit imprimé à double face 31 , est déposé au-dessus de la couche de résine 41 de sorte que ladite couche de résine 41 est prise en sandwich entre les deux circuits imprimés à double face 31 et simple ou double face 32. une quatrième étape 104 de pressage de l’assemblage comportant le noyau magnétique 21 , la couche de résine 41 et les premier et deuxième circuits imprimés 31 , 32. Cette quatrième étape 104 de pressage consiste à appliquer un effort sur au moins un des deux circuits imprimés à double face 31 et simple ou double face 32 dans une direction parallèle à l’axe A, dans un environnement sous vide et à haute température. La couche de résine 41 polymérise lors de cette quatrième étape 104. une cinquième étape 105 de réalisation de la pluralité de vias 51 , 52 traversant l’assemblage.
[0040] La figure 3 représente le circuit imprimé 20 en cours de fabrication, à la fin de la troisième étape 103 du procédé de fabrication, c'est-à-dire avant la quatrième étape 104 de pressage de l’assemblage. Comme décrit précédemment, le circuit imprimé 20 comprend le premier circuit imprimé double face 31. Ce premier circuit imprimé 31 comprend une mire 61 de localisation constituant un repère de positionnement optique. La mire 61 peut être formée par des motifs 611 , 612, par exemple en cuivre. On entend par mire, au moins un repère optique servant de référence de position pour l’assemblage. Dans l’exemple de la figure 3, le premier motif 611 est positionné sur la première face 311 du premier circuit imprimé à double face 31 et le deuxième motif 612 est positionné sur la deuxième face 312 du premier circuit imprimé à double face 31. Les premier et deuxième motifs 611 , 612 sont parallèles entre eux et sont, par exemple, des cercles de cuivre ayant le même axe. Les motifs 611 , 612 sont repérés par une opération d’imagerie. Ainsi, une opération de photolithographie permet de réaliser le premier motif 61 1 et le deuxième motif 612 dans la même position selon un repère bi-dimensionnel XY tel que représenté sur les figures 3 et 4. La mire 61 sert de référence de positionnement pour les autres éléments du circuit imprimé 20. La première et deuxième faces 311 , 312 du premier circuit imprimé à double face 31 sont planes et parallèles entre elles. Les motifs 611 , 612 du premier circuit imprimé double face 31 présentent une excellente coaxialité selon un axe parallèle aux axes des vias (car réalisée simultanément par un procédé photolithographique) ; cela permet donc d’avoir un excellent référencement du perçage des vias qui, pourtant percés en aveugle par rapport à la localisation du noyau magnétique 21 , peuvent être très précisément localisés par rapport au noyau magnétique 21 , du fait de l’excellente coaxilité des motifs du premier circuit imprimé à double face.
[0041 ] Lors de la première étape 101 , 1e positionnement du noyau magnétique 21 peut être réalisé par indexation au moyen de la mire 61 , plus particulièrement à l’aide du premier motif 611 , permettant un positionnement précis du noyau magnétique 21. Une fois le positionnement du noyau magnétique 21 défini, celui-ci est collé sur la colle de fixation 71. Une couche de colle de fixation 71 est déposée sur la première face 311 du premier circuit imprimé à double face 31 avant le positionnement du noyau magnétique 21 ; elle permet au noyau magnétique 21 d’être fixé sur la première face 311 du premier circuit imprimé double face 31 et ainsi de ne pas changer de position lors des étapes suivantes du procédé de fabrication. La pose de la colle de fixation 71 ainsi que le positionnement du noyau magnétique 21 peuvent être effectués par une machine de pose, ou machine de placement, de composants électroniques, par exemple une machine SIPLACE SX connue dans le domaine des circuits imprimés.
[0042] Lors de la deuxième étape 102, la couche de résine 41 est déposée sur toute la première face 311 du premier circuit imprimé à double face 31 , autour, à l’intérieur et au-dessus du noyau magnétique 21. La couche de résine 41 est par exemple à l’état solide et composée de plusieurs feuilles empilées. Pour cela, la couche de résine 41 possède une épaisseur supérieure à la hauteur du noyau magnétique 21. La couche de résine 41 comprend une couche périphérique 411 positionnée à la périphérie du noyau magnétique 21 et une couche centrale optionnelle 412 positionnée au milieu du noyau magnétique 21 . La couche périphérique 411 n’est pas en contact avec le noyau magnétique 21 de telle manière qu’il existe un jeu périphérique radial 411 a entre le noyau magnétique 21 et la couche périphérique 411 . De même, la couche centrale optionnelle 412 n’est pas en contact avec le noyau magnétique 21 de telle manière qu’il existe un jeu central radial 412a entre le noyau magnétique 21 et la couche centrale optionnelle 412. Les jeux 411 a, 412a permettent, lors de la quatrième étape 104 de pressage de l’assemblage, que les efforts s’appliquant sur le noyau magnétique 21 soient très majoritairement suivant l’axe A du noyau magnétique 21. Ainsi, il existe peu d’efforts perpendiculaires à l’axe A susceptibles de fissurer le noyau magnétique 21 . En effet, le noyau magnétique 21 est en ferrite qui est un matériau relativement cassant et qui supporte difficilement des contraintes suivant une direction radiale. L’invention permet de limiter les risques de fissure du noyau magnétique ; elle permet aussi de limiter les risques de microfissures sur le noyau magnétique 21 , de telles microfissures pouvant entraîner un changement des caractéristiques magnétiques du noyau magnétique 21 de telle manière que le noyau magnétique 21 ne soit plus utilisable.
[0043] La couche de résine 41 comprend notamment une couche supérieure 413 positionnée au-dessus du noyau magnétique 21 et au-dessus de la couche périphérique 411 et de la couche centrale optionnelle 412. Lors de la troisième étape 103, le deuxième circuit imprimé à simple ou double face 32 est positionné sur la couche supérieure 413 de la couche de résine 41 .
[0044] La quatrième étape 104 de pressage de l’assemblage est effectuée dans un environnement sous vide et haute température permettant à la couche de résine 41 de polymériser. Lors de cette quatrième étape 104, la couche de résine 41 flue et devient suffisamment liquide pour encapsuler le noyau magnétique 21 et ne pas laisser de bulle d’air dans le circuit imprimé 20, entre les deux circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32. A la fin de la quatrième étape 104, c'est-à-dire après pressage, l’assemblage est monobloc et le noyau magnétique 21 est fixé entre les circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32 par l’intermédiaire de la couche de résine 41 . La position du noyau magnétique 21 est parfaitement connue grâce à la mire de positionnement 61. A la fin de la quatrième étape 104, la couche de résine 41 est stratifiée.
[0045] La figure 4 représente l’assemblage à la fin de la cinquième étape 105 de réalisation de la pluralité de vias 51 , 52. La cinquième étape 105 comprend une opération de perçage de trous traversant l’assemblage de part en part, c’est-à-dire traversant la couche de résine 41 et les deux circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32. Les trous sont percés parallèlement à l’axe A du noyau magnétique 21. Une première partie des trous destinés à former une partie des vias primaires 51 et un via secondaire 52 sont localisés au milieu du noyau magnétique 21 et une deuxième partie des trous sont localisés en périphérie du noyau magnétique 21 . La localisation des trous à percer est préalablement réalisée au moyen de la mire 61 , plus particulièrement au moyen du deuxième motif 612 de la mire 61. En effet, le noyau magnétique 21 étant de très petites dimensions et le matériau le constituant étant usuellement fragile, il est difficile de percer des trous passant au milieu du tore sans approcher trop le noyau magnétique 21 , sans l’altérer ou le fissurer car l’espace au milieu du tore est très restreint. L’opération de perçage des trous en utilisant la mire 61 assure une localisation des trous par rapport à la localisation du noyau magnétique 21 (connue précisément), ce qui permet d’augmenter et de maximiser le nombre de trous passant au milieu du noyau magnétique 21 , en réduisant la distance minimale entre les trous et la paroi interne du noyau magnétique 21 , de par la faible tolérance de positionnement relative entre les trous et le noyau magnétique 21 , précisément positionnés entre eux grâce à la mire 61. Les trous ne doivent pas traverser le noyau magnétique 21 . Les trous sont également positionnés de manière à être reliés aux pistes primaires 53 et aux plaques conductrices 54.
[0046] Selon certains modes de réalisation, les trous sont effectués par une perceuse à commande numérique. Les trous sont ensuite métallisés, par exemple avec du cuivre, afin d’obtenir la pluralité de vias 51 , 52. On entend par « métalliser » que la périphérie des trous est recouverte par une fine épaisseur de métal, constituant ainsi des cylindres conducteurs évidés, afin d’obtenir des vias 51 , 52 électriquement conducteurs.
[0047] Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication du circuit imprimé 20 comprend aussi une sixième étape 106 de dépôt de deux couches de fermeture diélectrique isolantes 81 , 82 au niveau des parties conductrices des circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32. Ainsi, les couches de fermeture diélectrique isolante 81 , 82 permettent de séparer le circuit primaire 201 et le circuit secondaire 202. Une première couche de fermeture isolante 81 est, par exemple, positionnée au milieu de la deuxième face 312 du premier circuit imprimé à double face 31 . Une deuxième couche de fermeture isolante 82 est positionnée, par exemple, au milieu d’une face 321 du deuxième circuit imprimé à simple ou double face 32. Ainsi, la pluralité de vias primaires 51 est connectée avec les pistes primaires 53 du circuit primaire 201 , la pluralité de vias secondaires 52 est connectée avec les plaques conductrices 54 du circuit secondaire 202 et les pistes primaires 53 du circuit primaire 201 ne sont pas reliées électriquement aux plaques conductrices 54 du circuit secondaire 202. Dans certains modes de réalisation, et en référence à la figure 5, le procédé de fabrication du circuit imprimé 20 comprend aussi une septième étape 107 de dépôt de couches de fermeture diélectrique isolantes 83, 84 sur les parties conductrices des circuits imprimés à simple et/ou double face 31 , 32. Le dépôt de couches de fermeture diélectriques isolantes 83, 84 permet la réalisation d’un circuit imprimé 20 comportant un plus grand nombre de couches de conducteur de manière à obtenir un circuit imprimé multicouches.
[0048] Bien que décrit à travers un certain nombre d’exemples, variantes et modes de réalisation, le procédé de fabrication du circuit imprimé à double face selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé de fabrication d’un circuit imprimé (20) comprenant : une première étape (101 ) de positionnement d’un noyau magnétique (21 ) sur un premier circuit imprimé à double face (31 ), ledit premier circuit imprimé (31 ) comprenant une mire (61 ) de localisation; une deuxième étape (102) de dépôt d’une couche de résine (41 ) sur le premier circuit imprimé à double face (31 ), cette couche de résine (41 ) entourant et recouvrant le noyau magnétique (21 ) ; une troisième étape (103) de positionnement d’un deuxième circuit imprimé à simple face ou double face (32) sur la couche de résine (41 ) ; une quatrième étape (104) de pressage d’un assemblage comportant le noyau magnétique (21 ), la couche de résine (41 ), le premier circuit imprimé à double face et le deuxième circuit imprimé à simple face ou double face (31 , 32) ; et une cinquième étape (105) de perçage d’une pluralité de trous traversant l’assemblage et de métallisation de chacun desdits trous pour former une pluralité de vias (51 , 52) traversant l’assemblage, une localisation des trous à percer étant préalablement réalisée au moyen de la mire (61 ) .
[Revendication 2] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mire constitue un repère de positionnement optique (611 , 612), le positionnement du noyau magnétique (21 ) étant réalisé par indexation au moyen de la mire (61 ).
[Revendication 3] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de résine (41 ) déposée sur le premier circuit imprimé à double face (31 ) comporte une épaisseur supérieure à une hauteur du noyau magnétique (21 ).
[Revendication 4] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau magnétique (21 ) a une forme de couronne et la couche de résine (41 ) est déposée autour et au milieu du noyau magnétique (21 ).
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de la première étape (101 ) de positionnement du noyau magnétique (21 ), le noyau magnétique (21 ) est fixé au premier circuit imprimé à double face (31 ).
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de vias (51 , 52) comprend des vias primaires (51 ) et des vias secondaires (52), les vias primaires (51 ) étant localisés en périphérie et au milieu du noyau magnétique (21 ).
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, après la cinquième étape (105), une sixième étape (106) de dépôt d’une couche d’un matériau diélectrique sur le premier circuit imprimé double face et le deuxième circuit imprimé à simple ou double face (31 , 32) recouvrant les parties conductrices desdits premier circuit imprimé à double face (31 ) et deuxième circuit imprimé simple ou double face (32).
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de résine (41 ) comporte du tissu de verre et une résine diélectrique.
[Revendication 9] Circuit imprimé (20) comportant un noyau magnétique (21 ), un premier circuit imprimé (31 ) à double face et un deuxième circuit imprimé (32) à simple ou double face, caractérisé en ce qu’il est obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes et en ce qu’il comporte un noyau magnétique (21 ) en forme de couronne et des vias (51 , 52) dont une partie sont localisés au milieu du noyau magnétique.
[Revendication 10] Circuit imprimé (20) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le noyau magnétique (21 ) est entouré d’une pluralité de vias (51 , 52), ledit noyau magnétique (21 ) comportant un orifice central rempli de vias (51 ,52).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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